新能源汽車電機驅動系統關鍵技術研究

鄧玉勝

摘 要：如今新能源汽車產業蓬勃發展，其中的電動汽車，其本身零排放及零污染的特質呼應了當下的環保的理念，順應時代的發展趨勢，與可持續發展環保理論相適應，故而其研制及推廣得到社會和國家的大力支持，成為人們出行新選擇。關于電動汽車關鍵技術的研究和開發從未停止過，本文將從電機控制器與驅動電機兩方面深入探索了新能源汽車電機驅動系統的關鍵技術，以供參考。

關鍵詞：新能源汽車;電機驅動系統;關鍵技術

電池技術、電機技術及電機控制器技術是新能源汽車的三大關鍵技術。目前，由于電池技術方面的研究尚未取得突破，因此如何將電機驅動系統效率、安全性、可靠性、功率密度提高，成為了當下研究新能源汽車電機驅動系統的主要方向，而這也恰好是我國政府及企業在今后發展中的關鍵性規劃內容。

1 新能源汽車電機控制器關鍵技術

1.1 功率半導體器件技術

電機控制器作為新能源汽車的三大關鍵技術之一，其升級與變革，是以功率半導體為根據，以傳統單面冷卻封裝、硅基絕緣柵雙極型晶體管技術為基礎，將寬禁帶半導體、雙面冷卻集成及定制化模塊封裝等作為新的研究開發方向[1]。然而，硅基絕緣柵雙極型晶體管其價格的優勢，使得它在今后一段時間內，在電機控制器產品方面仍然是第一選擇。就硅基IGBT芯片技術而言，如果參照傳統的硅基器件，寬禁帶半導體器件或許擁有更高的級別，因此寬禁帶半導體器件在實際應用方面具有更優越的功能性。繼第一代以硅、鍺元素為主的半導體材料和第二代以化合物為主的半導體材料之后誕生的第三代寬禁帶半導體材料，其具備相當優異的耐高溫能力，且具備較大的熱導率、禁帶寬度、飽和電子漂移速率耐較高擊穿電壓等諸多方面的優勢。此外寬禁帶半導體器件和硅基絕緣柵雙極型晶體管導通損耗率、開關損耗率低，能適應高頻率開關過程。正是因為以上優點，在與高速電機匹配時面臨高頻率的開關過程依舊能夠承受，故而寬禁帶半導體器件最合適高速電機。且新式封裝技術，如銅線鍵合、銀燒結、芯片倒裝和瞬態液相焊接等，也能使硅基絕緣柵雙極型晶體管功率部位使用時限和載流密度得到有效提升。

1.2 智能門極驅動技術

智能門極驅動技術，是高壓功率半導體器件得以與抵押控制電路實現銜接的關鍵性技術，在驅動功率半導體過程中，此項技術發揮了至關重要的作用。IGBT門極驅動擁有驅動、隔離及保護功能，需對IGBT開通和關斷兩種情況進行把控，以平衡損耗和電磁干擾。所以說，在看待該項技術自身特質時，可以從兩個方面入手：一方面，主動門極控制和監控裝置診斷;另一方面是IGBT開關實時控制，主動門極控制基本上都是圍繞其工作運行環境及工況為中心進行的，其原理就在于做好IGBT開關程序的最優實時控制方案[2]。在IGBT分級調控理論中，該項技術的具象化表現在面對開通和關斷過程的門極調控，需要獨立對待，這樣一來便能將反復開關產生的負面影響最大限度減少。智能門極驅動技術是通過實施測評，明確功率半導體器件狀況后得到的研究成果，該定論的產生是因為其能為電機控制器提供安全性能方面的保障，同時還能將功率半導體的作用切實發揮，這樣一來新能源汽車在應用過程中就可以降低損耗，且電壓的利用率也能得到有效提升。

1.3 功率組件集成設計

國際上的電機控制器產品，為了滿足新能源汽車高可靠性、長壽命、高功率密度等一系列要求，功率半導體模塊封裝基本上都為定向設計，功率半導體器件逐漸與其他電子部件實現了更深程度的融合，新能源汽車電機控制器的發展目前也逐漸傾向基于器件的集成設計。

器件級集成設計技術，是由需求集成設計和物理集成設計兩方面組成。其中，需求集成設計，是將整車和電驅動系統需求朝著功率模塊封裝、IGBT芯片設計等方面延伸，以整車設計和性能需求為根據，并以整車需求為導向，建立自上而下的由系統向核心零部件的優化設計方法，在整車減少電池容量需求、增加續航里程方面，該項技術能夠發揮巨大的作用。而物理集成設計，主要是對電機不同器件間物理結構進行研究，從而實現機械強度、散熱及寄生參數之間的平衡優化，最終取得最優化的機、電、熱、磁設計，這樣一來便能實現電機控制器設計中高可靠性和高功率密度的目標。

2 新能源汽車驅動電機關鍵技術

2.1 扁銅線技術

扁銅線技術是在發卡式定子繞組的運用下將電機定子槽滿率加大，以此促進電機功率密度的升高。相對于傳統圓銅線而言，若汽車驅動電機功率較大，扁銅線繞組反而會出現更大的環流損耗，且扁銅線若是經過彎折使用，絕緣層會有損壞及缺口的情況出現[3]。因此，扁銅線使用的局限性成為目前技術人員的主要關注內容，若能優化該項技術，新能源汽車電機技術必然能夠再上一個臺階。

2.2 多相永磁電機技術

多相電機在輸出相同功率時的母線電壓與傳統三相電機相比更低，且容錯能力更強、轉矩脈動更小，故而在振動、噪聲等要求較高的電驅系統中十分適用。如雙三相永磁同步電機，電機兩套繞組在空間上有30°電角度的距離，5次、7次諧波磁勢被消除，電機轉矩脈動大幅度減少。且因隔離中線設計的緣故，與4相、5相電機相比，系統階次降低，分析和控制更加方便。當電機與控制器有故障產生時，基本無需變更控制算法電機系統便能很容易的實現容錯運行控制。

2.3 永磁同步磁阻電機技術

永磁同步磁阻電機技術本身磁阻轉矩相當大，且磁鏈很小，屬于沒有或少量稀土的技術方案。同時，該項技術具備相當高的扭矩電流比和功率密度，還包含更寬廣的高效率調速范圍。但是，由于該項技術耗費的成本比較高，制造工藝復雜，因此該技術大多應用在十分精密的轉子結構設計中。

3 結語

就目前的情況來看，我國新能源汽車電機驅動控制技術的研究及應用已有了一定的成果，但現有的技術依舊不夠完善，還需要進一步創新。當前國內政策及市場都對新能源汽車的開發給與了極大的支持，新能源汽車各方面技術，還需技術研究人員繼續開發，為我國環境保護及可持續發展添磚加瓦。

參考文獻：

[1]陳躍.新能源汽車電機驅動系統控制技術分析[J].南方農機，2019，50（09）：241.

[2]陳醒.淺析新能源汽車電機驅動系統控制技術[J].科學與信息化，2019（23）：43.

[3]翟羽.新能源汽車電機驅動系統關鍵技術展望研究[J].時代汽車，2019（21）：34-35.